ARTUR KŁOSEK RCEZ BIŁGORAJ

I. TYTUŁ:

Projekt realizacji prac związanych z uruchomieniem i sprawdzeniem działania bipolarnego wzmacniacza napięcia.

II. ZAŁOŻENIA DO PROJEKTU

parametry wzmacniacza napięcia:

●

wzmocnienie napięciowe w stanie jałowym

kU

130V/V

●

wzmocnienie napięciowe dla ROBC = 5,5kΩ

kU

100V/V

●

minimalna rezystancja obciążenia

ROBCmin

5,5kΩ

●

napięcie przesterowania

UP

20mV

●

rezystancja wejściowa

rWE

4kΩ

●

rezystancja wyjściowa

rWY

1,8kΩ

●

pasmo przenoszenia dla THD ≤ 5%

fGD ÷ fGG

100Hz ÷ 700kHz

●

napięcie zasilania

UCC

12V

●

współczynnik zniekształceń całkowitych

THD

5%

●

zakres temperatur otoczenia

ΔTO

10÷50°C

●

maksymalna wilgotność względna

wmax

70%

●

współrzędne punktu pracy:

UCE

6V

●

IC

2mA

●

IB

12μA

wyposażenie stanowiska:

●

zasilacz napięcia stałego stabilizowany 0÷30V, 1A szt. 1

●

generator funkcyjny sinus/prostokąt/trójkąt z wyświetlaczem częstotliwości wyjściowej, fmax = 2MHz, UWYpp = 1mV÷10V

szt. 1

●

oscyloskop dwukanałowy

szt. 1

●

miernik zniekształceń harmonicznych

szt. 1

●

multimetr wielozakresowy V/A/Ω, AC/DC

szt. 1

●

rezystor dekadowy (0,1÷1M)Ω

szt. 2

pomiary:

●

pomiar charakterystyk dynamicznych UWY = f(UWE), THD = f(UWE) oraz wzmocnienia i napięcia przesterowania

●

pomiar rezystancji wejściowej

●

pomiar rezystancji wyjściowej

●

pomiar charakterystyki częstotliwościowej kU = f(f) i pasma przenoszenia (częstotliwości granicznych)

●

pomiar współrzędnych punktu pracy: UCE, IC, IB

III. WYKAZ DZIAŁAŃ ZWIĄZANYCH Z URUCHOMIENIEM I SPRAWDZENIEM DZIAŁANIA WZMACNIACZA NAPIĘCIA

●

Określenie warunków zasilania na podstawie parametrów katalogowych wzmacniacza napięcia

●

Narysowanie schematów układów pomiarowych

●

Sporządzenie wykazu aparatury kontrolno – pomiarowej

●

Zmontowanie układów pomiarowych

●

Wykonanie pomiarów i zapisanie wyników w tabelach

●

Obliczenia parametrów

●

Narysowanie charakterystyk

●

Porównanie uzyskanych wyników i obliczeń z danymi technicznymi

●

Opracowanie wniosków z porównania parametrów obliczonych z katalogowymi

●

Opracowanie wskazań eksploatacyjnych dla użytkownika wzmacniacza napięcia 1

Wzmacniacz napięcia – rozwiązanie zadania IV. SCHEMATY UKŁADÓW POMIAROWYCH DO SPRAWDZENIA DZIAŁANIA WZMACNIACZA NAPIĘCIA

Schemat do pomiaru charakterystyk dynamicznych ZS

G Hz

V

ROBC V

THD

Schemat do pomiaru rezystancji wejściowej

ZS

Rd

G Hz

V

ROBC V

Schemat do pomiaru rezystancji wyjściowej

ZS

G Hz

V

Rd

V

Schemat do pomiaru charakterystyki częstotliwościowej ZS

G Hz

V

R

Osc

OBC

Schemat do pomiaru współrzędnych punktu pracy

+Ucc

R

R

V

B1

C

V

Uwy

Uwe

V

V

R

R

C

B2

E

E

2

ARTUR KŁOSEK RCEZ BIŁGORAJ

V. OPISY SPOSOBU POMIARÓW CHARAKTERYSTYK I PARAMETRÓW WZMACNIACZA NAPIĘCIA

Pomiar charakterystyk i parametrów dynamicznych:

➔ ustawić fWE = 1kHz i ROBC = 5,5kΩ,

➔ zwiększać napięcie wejściowe od 1mV do 30mV,

➔ mierzyć UWE i UWY woltomierzem AC oraz współczynnik THD miernikiem zniekształceń, U WY

➔ wzmocnienie napięciowe kU obliczyć ze wzoru: k =

, gdzie wartości napięć U

U

U

WE i UWY

WE

odczytano z tabeli dla ROBC = 5,5kΩ i THD = 5%,

➔ napięcie przesterowania UP odczytać z tabeli UWE dla THD = 5%,

➔ lub wyznaczyć z charakterystyki przejściowej rysując prostoliniową charakterystykę idealną i w miejscu rozejścia się charakterystyki rzeczywistej i idealnej, zrzutować na oś UWE i odczytać UP.

Pomiar rezystancji wejściowej dla sygnałów zmiennych:

➔ ustawić fWE = 1kHz, UWE = 15mV i ROBC = 5,5kΩ,

➔ ustawić Rd = 0Ω,

➔ zwiększać Rd od 0Ω do 5kΩ,

➔ mierzyć napięcie wyjściowe woltomierzem AC,

➔ odczytać z tabeli Rd = rWE dla UWY/2.

Pomiar rezystancji wyjściowej dla sygnałów zmiennych:

➔ ustawić fWE = 1kHz i UWE = 15mV

➔ ustawić Rd na maksimum rezystancji,

➔ zmniejszać Rd od 1MΩ do 1kΩ,

➔ mierzyć napięcie wyjściowe woltomierzem AC,

➔ odczytać z tabeli Rd = rWY dla UWY/2.

Pomiar charakterystyk i parametrów częstotliwościowych:

➔ ustawić UWE = 15mV i ROBC = 5,5kΩ,

➔ zwiększać częstotliwość od 10Hz do 2MHz,

➔ mierzyć napięcie międzyszczytowe UWYpp oscyloskopem i przeliczyć na wartości U

skuteczne zgodnie z wzorem: U = WYpp , WY

2 2

U WY

➔ dla każdego pomiaru obliczyć wzmocnienie napięciowe kU ze wzoru: k =

,

U

U WE

➔ narysować charakterystykę częstotliwościową w skali logarytmicznej częstotliwości,

➔ korzystając z definicji pasma przenoszenia wyznaczyć częstotliwości graniczne.

Pomiar współrzędnych punktu pracy:

➔ zmierzyć woltomierzem DC napięcia: zasilania i UBE oraz spadki napięć na rezystorach RC i RB1,

➔ obliczyć IC, IB, UCE korzystając z prawa Ohma i praw Kirchhoffa.

VI. OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW

1. Obliczenia charakterystycznych parametrów wzmacniacza napięcia: Wzmocnienie napięciowe dla ROBC = 5,5kΩ

Odczytano z tabeli UWY i UWE dla THD = 5% (warunki znamionowe).

U

V

k = WY = 1,9 V = 1900mV =95

U

U WE

20mV

20mV

V

Napięcie przesterowania UP

Z danych znamionowych wynika, że dla napięcia przesterowania THD = 5%. Należy więc odczytać z tabeli napięcie wejściowe dla THD = 5%. Odczytano UWE = UP =

20

mV .

Innym sposobem jest wyznaczenie napięcia przesterowania metodą graficzną co 3

Wzmacniacz napięcia – rozwiązanie zadania przedstawiono na charakterystyce przejściowej UWY = f(UWE).

Rezystancja wejściowa dla sygnałów zmiennych rWE

Zgodnie z ideą metody rWE = Rd dla spadku napięcia wyjściowego o połowę. Należy więc U

odczytać R

WY

d z tabeli dla

= 1,45 V =0,725 V . W tabeli nie ma takiej wartości napięcia 2

2

wyjściowego. Można zauważyć, że wartość 0,725V znajduje się w środku przedziału 0,74V ÷ 0,71V. Dokładna wartość rezystancji wejściowej będzie znajdować się w środku przedziału

rezystancji

odpowiadających

powyższym

napięciom

3 k 3,5 k 

R =

=3,25 k =r

d

2

WE

Rezystancja wyjściowa dla sygnałów zmiennych rWY

Zgodnie z ideą metody rWY = Rd dla spadku napięcia wyjściowego o połowę. Należy więc U

odczytać R

WY

d z tabeli dla

= 1,9 V =0,95 V . W tabeli nie ma takiej wartości napięcia 2

2

wyjściowego. Można zauważyć, że wartość 0,95V znajduje się w środku przedziału 1V ÷ 0,9V.

Dokładna wartość rezystancji wyjściowej będzie znajdować się w środku przedziału rezystancji 2 k 1,5 k 

odpowiadających powyższym napięciom R =

=1,75 k =r

d

2

WY

Pasmo przenoszenia fgd ÷ fgg

Zgodnie z definicją pasma przenoszenia, dla częstotliwości granicznych wzmocnienie maleje √2

krotnie względem maksymalnego. Należy więc odczytać z tabeli częstotliwości, dla których V

102

wzmocnienie wynosi: k Umax

V

V

 =

=72

2

2

V

Lp.

f [Hz]

UWY [V]

kU [V/V]

1.

10

0,11

7

2.

30

0,33

22

3.

50

0,60

40

4.

100

1,08

72

5.

300

1,44

96

6.

500

1,47

98

7.

1k

1,52

101

8.

3k

1,53

102

9.

30k

1,53

102

10.

100k

1,50

100

11.

300k

1,35

90

12.

500k

1,08

72

13.

1M

0,60

40

14.

2M

0,33

22

fgd = 100Hz

fgg = 500kHz

Można również wyznaczyć częstotliwości graniczne metodą graficzną co zostało przedstawione na charakterystyce częstotliwościowej.

4

ARTUR KŁOSEK RCEZ BIŁGORAJ

Współrzędne punktu pracy

U

I = RC = 3,9 V =2,17 mA

C

R C

1,8 k 

URB2 = UCC - URB1 = 12V - 9V = 3V

URE = URB2 - UBE = 3V - 0,6V = 2,4V

UCE = UCC - URC - URE = 12V - 3,9V - 2,4V = 5,7V

U

I

= RB2 = 3 V =167  A

RB2

R B2 18 k 

U

I = RB1 = 9 V =176  A

RB1

R B1 51 k 

IB = IRB1 - IRB2 = 176μA - 167μA = 9

μ

A

2. Charakterystyki wzmacniacza napięciowego: Charakterystyka przejściowa UWY = f(UWE)

2500

2250

2000

1750

1500

V] 1250

y [m 1000

Uw

750

500

250

0

0

2,5

5

7,5

10

12,5

15

17,5

20

22,5

25

27,5

30

Uwe [mV]

Up=20mV

Charakterystyka zniekształceń THD = f (UWE)

18

16

14

12

] 10

[%

HD

8

T

6

4

2

0

0

5

10

15

20

25

30

Uwe[mV]

5

Wzmacniacz napięcia – rozwiązanie zadania Charakterystyka częstotliwościowa kU = f(f)

110

kUmax 100

90

80

kUmax

70

√2

60

V]

50

[V/

Ku

40

30

20

10

0

10

100

1000

10000

100000

1000000

10000000

f[Hz]

f =100Hz

f =500kHz

gd

gg

VII. PORÓWNANIE WYNIKÓW POMIARÓW ORAZ WNIOSKI Z PORÓWNANIA I WSKAZANIA EKSPLOATACYJNE

Porównanie parametrów:

Wartość

Wartość zmierzona

Nazwa parametru

Uwagi

katalogowa

(obliczona)

Wzmocnienie napięciowe dla

100[V/V]

95[V/V]

zgodne

Robc = 5,5kΩ i THD = 5%

Napięcie przesterowania

20mV

20mV

zgodne

Rezystancja wejściowa

4kΩ

3,25kΩ

zbliżona

Rezystancja wyjściowa

1,8kΩ

1,75kΩ

zgodna

f

f

Pasmo przenoszenia

gd=100Hz

gd=100Hz

zbliżone

fgg=700kHz

fgg=500kHz

IC=2mA

IC=2,17mA

Współrzędne punktu pracy

UCE=6V

UCE=5,7V

zbliżone

IB=12μA

IB=9μA

Wniosek z porównania parametrów:

Większość parametrów jest zgodnych lub zbliżonych do założonych. Układ jest sprawny i gotowy do poprawnej pracy.

Wskazania eksploatacyjne:

Wzmacniacz należy zasilić napięciem stałym o wartości 12V.

U

Punkt pracy należy ustawić optymalnie tak, aby spełniony był warunek U = CC = 12V = 6V .

CE

2

2V

Wartości prądów bazy i kolektora powinny wynosić: IB = 12μA, IC = 2mA.

Rezystancja obciążenia powinna być większa lub równa od 5,5kΩ.

Temperatura otoczenia podczas eksploatacji wzmacniacza nie powinna przekraczać 50°C i być mniejsza niż 10°C, przy wilgotności powietrza nie przekraczającej 70%.

Ze względu na zbyt małą rezystancję wejściową wzmacniacza, do wejścia wzmacniacza nie należy podłączać układów o dużej rezystancji wyjściowej lub stosować wtórnik emiterowy.

6